Всё об энергетике

Трансформатором называется электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования напряжения и тока одних параметров в напряжение и ток других параметров.

Трансформаторы бывают двух-, трех- и многообмоточные, в которых сооответственно две, три или более обмотки. Все обмотки в трансформаторе гальванически не связаны (исключение - автотрансформатор). Термин "гальванически не связанные" означает, что у этих обмоток нет общего контура протекания тока, а энергия из первичной цепи во вторичную передаётся с помощью магнитного поля.

Автотрансформатором (АТ) называется трансформатор, две или более обмотки которого гальванически связаны (т.е. имеют общую часть). В отличии от обычного трансформатора в автотрансформаторе всегда минимум три обмотки. При этом вторичная обмотка АТ является частью первичной. Передача энергии из первичной цепи автотрансформатора во вторичную происходит одновременно магнитным полем и электрическим током, а в третичную цепь АТ - только магнитным полем.

Автотрансформатор экономически более выгоден по сравнению с обычным трансформатором за счёт экономии активных материалов и меньших размеров. Достигается такая экономия следующим образом: в автотрансформаторе часть первичной обмотки используется как вторичная, что снижает в последней напряжение U₂ и соответственно ток I₂. Это позволяет использовать во вторичной обмотке проводник меньшего сечения, а первичная обмотка, которая выполняется на высокое напряжение U₁ получается уменьшеной до общей обмотки АТ.

В двухобмоточном трансформаторе различают обмотку высокого напряжения - ВН и низкого напряжения - НН. В трехобмоточном трансформаторе (автотрансформаторе) кроме обмотки ВН и НН различают обмотку среднего напряжения - СН. К трансформаторам с 4-мя и более обмотками понятия ВН, СН, НН не применяется (исключение - расщепление обмоток), а вместо этого в названии обмотки указывается ее номер: вторичная, третичная и четвертичная обмотки. При этом первичной считается обмотка с наибольшим напряжением, вторичной - со вторым по величене, третичной - третьим и так далее. Термины первичная, вторичная обмотки по отношению к двухобмоточному трансформатору имеют другое значение - первичной называется та обмотка, к которой подводится электрическая энергия, а вторичной - от которой эта энергия отводится.

На принципиальных схемах трансформаторы и автотрансформаторы обозначаются в соответствии со стандартом. Ниже на рисунках 3-6 изображены условные обозначения наиболее распостранненных трансформаторов.

Каждый трансформатор имеет следующий набор параметров:

• Номинальная мощность S_ном;
• Номинальное напряжение трансформатора U_ном и его обмоток: U_вн, U_нн (для трехобмоточного трансформатора - U_сн);
• Номинальный ток I_ном;
• Группа соединения обмоток трансформатора;
• Напряжение короткого замыкания U_кз;
• Ток холостого хода I_хх;
• Потери короткого замыкания P_кз;
• Потери холостого хода Q_хх.

Номинальной мощностью S_ном в трех- и многообмоточном трансформаторе называется наибольшая из мощностей его обмоток, а в двухобмоточном - мощность каждой из его обмоток (обмотки двухобмоточного трансформатора выполняются одинаковой мощности).

Номинальным напряжением трансформатора U_ном называется наибольшее номинальное напряжение его обмоток. За номинальное напряжение обмотки принимается напряжение между соответствующими зажимами, связанными с данной обмоткой при холостом ходе трансформатора.

Номинальным током трансформатора I_ном называется величина тока, протекающая по его первичной обмотке под напряжением U_ном и нагрузке S_ном.

Группой соединения обмоток трансформатора называется угол между вектором напряжения первичной обмотки и вектором напряжения вторичной обмотки отсчитанный в часах, при условии, что вектор напряжения первичной обмотки направлен на 12-ть часов. Всего существует 12 групп соединения обмоток трансформатора. Подробнее об этом в статье "Режимы работы трансформатора".

Напряжением короткого замыкания U_кз называется величина напряжения, которое, при замкнутой накоротко вторичной обмотке, необходимо приложить к первичной обмотке трансформатора, чтобы по ней протекал ток I_ном. Напряжение короткого замыкания обычно выражается в процентах. Физически, U_кз представляет собой реактивное сопротивление трансформатора, выраженное в относительных единицах (о.е.).

Током холостого хода I_хх называется величина тока протекающего по первичной обмотке трансформатора под напряжением U_ном и разомкнутой вторичной обмотке. I_хх выражается в процентах от номинального тока трансформатора. Физически ток холостого хода представляет собой полное сопротивление трансформатора в о.е.

Потерями короткого замыкания трансформатора P_кз называется величина активной мощности, которая рассеивается в трансформаторе при замкнутой накоротко вторичной обмотке и токе I_ном в первичной. P_кз выражается в кВт (киловатт).

Потерями холостого хода Q_хх называется величина реактивной мощности, рассеиваемая трансформатором в опыте холостого хода. Q_хх выражается в кВар (киловар).

Кроме параметров перечисленных выше у трансформаторов могут быть и другие, характерные для одного типа. Например у измерительных трансформаторов кроме все прочих имеется параметр угловая погрешность показывающий отклонение вектора напряжения (тока) вторичной обмотки, от такого же вектора первичной обмотки.

Трансформаторы разделяют на:

• Силовые трансформаторы;
• Измерительные трансформаторы;
• Трансформаторы частоты;
• Вольтодобавочные трансформатры.

Задача силовых трансформаторов - питание сетей и приёмников электроэнергии. Силовые трансформаторы бывают:

• Силовые трансформаторы общего назначения;
• Силовые трансформаторы специального назначения.

Трансформаторы общего назачения включается в сети, не отличающиеся особыми условиями работы, а также служат для питания электроприемников, не отличающихся характером нагрузки или режимом работы. Трансформаторы специального назначения применяются для питания сетей и приёмников электроэнергии, если таковые работают в особых услових или имеют специфический характер нагрузки или режим работы (например выпрямительные установки, рудничные и шахтные сети).

Основная функция измерительных трансформаторов - преобразовывать величину напряжения или тока до значений, удобных для приборов и автоматики. Вторая сторона использования измерительных трансформаторов в качестве промежуточного звена при измерениях - наличие гальванической развязки. При наличии гальванической развязки измерительный прибор оказывается изолированным от высоковольтной (сильноточной) цепи, что повышает безопасность работы с ним. Измерительные трансформаторы делятся на:

• Трансформаторы тока (ТТ);
• Трансформаторы напряжения (ТН).

Номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока может достигать 40 кА, при этом вторичная обмотка исполняется на номинальный ток 1 или 5 А.

Трансформаторы тока по токовой погрешности разделены на пять классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 10. Величина погрешности определяется по формуле:

ΔI = (I_2K - I₁) × 100/I₁

где I₁ = (1÷1,2)×I₁.

Трансформаторы тока по конструкции делятся на:

• Одновитковые ТТ;
• Многовитковые ТТ.

По количеству фаз ТТ делятся на:

• Однофазные ТТ;
• Трехфазные ТТ.

Конструкцией трансформатора тока предусмотрено, что первичной обмоткой является силовой кабель или токоведущая шина или ввод, а вторичная обмотка ТТ "оборачивается" вокруг токоведущего элемента.

Трансформатор напряжения (ТН) изготавливается на номинальное напряжение вторичной обмотки 100 В. Номинальное напряжение первичной обмотки ТН может достигать 110 кВ. При измерении напряжения в сетях выше 110 кВ применяются ёмкостные делители напряжения.

Трансформаторы напряжения выполняются:

• Однофазные ТН;
• Трехфазные ТН.

По виду изоляции ТН делятся на:

• Сухие;
• Масляные;
• С литой изоляцией;

Трансформаторы напряжения по погрешности делятся на четыре класса точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5.

Трансформаторы частоты позволяют удвоить или утроить частоту сети.

Вольтодобавочные трансформаторы предназначены для повышения напряжения в отдельных точках электрических сетей.

Для защиты трансформатора от повреждений предустатривается его релейная защита. На трансформатор могут быть установлены следующие виды защит:

• Токовая отсечка;
• Максимальная токовая защита;
• Токовая защита нулевой последовательности;
• Диффиренциальная защита;
• Диффиренциально - фазная защита;
• Газовая защита.

Список использованных источников

1. Пункт автоматического регулирования напряжения серии ВДТ/VR-32 [электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.ipenet.ru/vr-32.shtml